Question

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。据报道,常温、常压、光照条件下,N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成的主要产物为NH₃，相应的热化学方程式为：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H="+765.0kJ" /mol。

Ⅰ．请在下图所示的坐标中画出上述反应在有催化剂和无催化剂两种情况下反应体系中的能量变化示意图，并进行标注(包括△H)。

Ⅱ．目前工业合成氨的原理是：N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol。

回答下列问题：

(1)氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。

(2)在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，下列能表示达到平衡状态的是_______(填序号)。

a．混合气体的压强不再发生变化

b．混合气体的密度不再发生变化

c．反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化

d．单位时间内断开a个H－H键的同时形成3 a个N－H键

e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比

(3)在恒温恒容的密闭容器中，合成氨反应的各物质浓度变化曲线如下图所示。请回答下列问题：

① 表示N₂的浓度变化的曲线是              (选填曲线代号“A”、“B”或“C”)。

② 前25 min 内，用H₂的浓度变化表示的化学反应平均速率是            。

③在25 min 末反应刚好达到平衡，则该温度下反应的平衡常数K =        (计算结果可用分数表示)。若升高温度，该反应的平衡常数值将_______(填“增大”、 “减小”或“不变”)。

(4)在第25 min 末，保持其它条件不变，若升高反应温度并设法保持该温度不变，在第35 min末再次达到平衡。平衡移动过程中H₂浓度变化了1.5 mol·L^－1，请你在图中画出第25 min ～ 40 min NH₃浓度变化曲线。

(5)在一定温度下，将1 mol N₂和3 mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8 mol 。

①达平衡时，H₂的转化率α₁ = ____________。

②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁ + α₂ =1时，则起始时n (NH₃)= ________mol。

Answer

或

Ⅱ. (1)－286.0(1分)

(2) a c  (每个1分，共2分，有错不得分。)

(3)① C (1分)         ② 0.12 mol·L－1·min－1(2分)

③ 4/27 (或0.148、0.15) (2分，写单位也得分)         减小(1分)

(4)

(5)① 60%(2分)         ② 2(1分)

【解析】

试题分析：Ⅰ．催化剂可以降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变反应热，据此可以作图或。

Ⅱ．（1）根据盖斯定律可知，（②－①）÷3即得到H2(g)＋1/2O2(g)H2O(l)，所以该反应的反应热是△H＝（－93.0kJ /mol－765.0kJ /mol）÷3＝－286.0 kJ /mol，所以氢气的燃烧热是△H＝－286.0 kJ /mol。

（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以选项c可以说明。该反应是体积减小的可逆反应，所以当压强不再发生变化时，可以说明，a正确；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，b不正确。D中反应速率的方向是相同的，不正确。速率之比是相应的化学计量数之比，因此e中的关系始终是成立，不正确，因此答案选ac。

（3）①根据图像可知，反应进行到25min时物质的浓度不再发生变化，此时ABC的浓度变化量分别是（mol/L）A减少3.0，B增加2.0，C减少1.0，所以表示N2的浓度变化的曲线是C，表示H2的浓度变化的曲线是A，表示氨气的浓度变化的曲线是B。

②前25 min 内，用H2的浓度变化表示的化学反应平均速率是3.0mol/L÷25min＝0.12 mol·L－1·min－1。

③根据平衡常数的表达式可知，该反应的K＝。由于正方应是放热反应，所以若升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应的平衡常数值将减小。

（4）升高温度，反应速率增大，但平衡向逆反应方向移动，所以根据氢气的浓度变化量可知，平衡时氨气的浓度应该是1.0mol/L，所以该图应该是（见答案）。

（5）①         N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）   1      3          0

转化量（mol）   x      3x         2x

平衡量（mol） 1－x   3－3x        2x

则1－x＋3－3x＋2x＝2.8

解得x＝0.6

所以氢气的转化率是60%。

②α1 + α2 ＝1，所以氨气的转化率是40%，则

N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）   0      0          y

转化量（mol）   0.2y  0.6y      0.4y

平衡量（mol）   0.2y  0.6y      y－0.4y

则0.2y＋0.6y＋y－0.4y＝2.8

解得y＝2

考点：考查外界条件对反应速率和平衡状态的影响、反应速率和平衡常数以及反应物转化率的有关计算